Soluções de detecção de corrente em baterias ev / hev

O mercado de veículos elétricos está crescendo rapidamente em todo o mundo. As estimativas mostram que o número de veículos elétricos nas estradas em todo o mundo chegará a 125 milhões até 2030.Mercado global de veículos elétricos (EV) e híbridos. Para controlar o fluxo de energia e otimizar a eficiência em subsistemas de trem de força HEV / EV, como inversores de tração, carregadores integrados (OBC), conversores DC-DC e sistemas de gerenciamento de bateria (BMS), a medição de corrente precisa e precisa é essencial. Esses subsistemas de alta tensão precisam medir grandes correntes em altas tensões de modo comum. Por razões técnicas e regulatórias, as medições atuais exigem isolamento, bem como desempenho muito alto em ambientes automotivos hostis.

As configurações típicas de veículos elétricos na Índia são as seguintes:

i) 2 rodas

1. Tensão da bateria = 48V, 72V
2. Motor 1kW, 2kW

ii) veículo de três rodas

1. Tensão da bateria = 48V, 72V
2. Motor 2kW, 4kW

iii) 4 rodas e ônibus

1. Tensão da bateria = 72 V, 400 V, 600 V
2. 20kW a 300kW

Um dos principais recursos para tornar um veículo elétrico seguro é coletar dados e realizar ações de feedback rápido localmente com base nesses dados. Um desses dados, muito importante e fundamental para a segurança, é a corrente que flui por vários subsistemas de um veículo elétrico.

Podemos dividir a detecção de corrente em um veículo elétrico amplamente em 3 categorias, conforme mostrado abaixo:

1. Proteção de sobrecorrente em tempo real

1. Unidades de tração:
2. Circuito de proteção da bateria:

2. Monitoramento de corrente e energia para otimização do sistema

1. Medição de bateria
2. Consumo de energia do sistema
3. Direção hidráulica

3. Medição de corrente para circuitos de malha fechada

1. Aplicação de acionamento do motor:
2. Conversores DC / DC

Abaixo está uma visão geral de alto nível das diferentes soluções de TI para aplicações de detecção de corrente. O eixo Y é a tensão de modo comum do trilho através do qual a corrente está sendo detectada e o eixo X é a amplitude real da corrente sendo medida.

Conforme mostrado na figura acima, a corrente pode ser detectada através de uma tensão através de uma pequena resistência de derivação ou pode ser medida medindo o campo magnético produzido pela corrente enquanto flui através do condutor. Na Ti, fornecemos soluções para medição de corrente usando os dois métodos mencionados acima.

Uma lista de soluções disponíveis da TI para aplicação de detecção de corrente pode ser vista abaixo:

Vamos examinar cada um dos casos de uso do sensor de corrente com um pouco mais de profundidade e examinar algumas soluções adequadas disponíveis na TI para o mesmo.

1. Proteção de sobrecorrente em tempo real

Este caso de uso é geralmente visto em um EV de uma perspectiva de segurança. Como as baterias podem descarregar grandes quantidades de corrente durante a ocorrência de uma falha, ter um circuito de monitoramento de falha em tempo real torna-se muito importante. A velocidade e a precisão de tal circuito é a figura de mérito do amplificador de detecção de corrente. Em algumas ocasiões, como o uC limitou a largura de banda, a amostragem do valor da corrente analógica - a conversão em um valor digital seguido por uma comparação de valor digital para detectar sobrecorrente causa um grande atraso nos circuitos de proteção. Para resolver este problema, a TI criou um amplificador de detecção de corrente com comparadores integrados cujo limite pode ser definido e pode ser alimentado diretamente no pino de interrupção do uC, causando uma grande redução na sobrecarga do uC.

Algumas das soluções da TI para proteção contra sobrecarga de corrente são:

Um bom exemplo deste caso de uso é usar um amplificador de detecção de corrente como um fusível E, conforme mostrado abaixo:

2. Monitoramento de corrente e energia para otimização do sistema

O monitoramento de corrente e energia é geralmente implementado em sistemas de veículos elétricos para monitorar o consumo total de corrente da bateria e, assim, fornecer informações em tempo real ao motorista sobre a carga restante na bateria do veículo usando algoritmos como contagem coulomb. Além do caso de uso acima, o monitoramento de corrente em veículos é utilizado em diferentes subsistemas, como direção hidráulica, vidros elétricos e áreas semelhantes. A TI possui um amplo portfólio quando se trata de monitoramento de corrente e energia.

Como mencionado acima, uma das principais áreas de foco é olhar para a corrente que flui para dentro e para fora da bateria para contar os coulombs e calcular a carga / vida útil restante da bateria. O INA299 da TI se destaca por essa aplicação devido ao alto nível de integridade aliado à alta precisão e ao baixo consumo de corrente quiescente. Podemos ver um diagrama de blocos de alto nível típico abaixo de um BMS com o INA299. Para obter mais detalhes e white papers, visite o folder do produto INA299 em ti.com.

3. Medição de corrente para circuitos de malha fechada

Devido à presença de múltiplas tensões disponíveis em um veículo elétrico, encontra-se uma grande quantidade de combinação de conversores buck e boost presentes na árvore da fonte de alimentação. Alguns dos blocos de fonte de alimentação mais proeminentes em um veículo elétrico típico são o carregador de bordo, BLDC (drivers do motor de tração), conversor de 48V para 12V etc. de alta precisão, a corrente de baixa latência torna-se de importância primordial para implementar loops de controle de corrente de pico. Para tal aplicação, o sensor de corrente com largura de banda muito alta é necessário para medir a corrente de comutação, corrente de saída para que o controle execute ações rápidas.Outro destaque de tais sensores de corrente que são usados ​​no controle de acionamentos de motor é a capacidade dos sensores de rejeitar o ruído do modo comum em alta frequência (rejeição PWM).

Por exemplo, o INA253 se destaca nesta aplicação com seu CMRR de 93 db líder de mercado, mesmo a 50 kHz. Abaixo está um esquema típico mostrado que é usado para aplicação de detecção de corrente em linha

A Texas Instruments oferece os melhores amplificadores isolados e moduladores isolados que ajudam a obter medições de corrente isoladas muito precisas sobre a temperatura quando combinados com shunts de alta precisão. A TI criou uma nova linha de amplificadores de detecção de corrente isolados, denominados série AMC, que ajudam o projeto a medir a corrente com alta precisão com uma barreira de isolamento de até 2kVrms.

A TI tem uma boa coleção de treinamentos de acionamento profundos em “ Introdução aos amplificadores de detecção de corrente” que devem ajudar os engenheiros a aprender como maximizar o desempenho alcançado, ao medir a corrente com um amplificador de detecção de corrente. Esta é uma série de vídeos curtos, cada um abordando um tópico diferente.

Em geral, o treinamento deve ser dividido em três seções

• O básico
• Compreendendo as fontes de erro
• Tópicos Avançados

Você pode acessar todos os vídeos de treinamento da TI seguindo o link.

sobre os autores

O Sr. Shreenidhi Patil é um engenheiro de aplicação analógica na Texas Instruments que se concentra principalmente em medição de rede, mercado de EV e estações de carregamento de EV.

O Sr. Mahendra Patel começou sua carreira na indústria de semicondutores com a Texas Instruments 6 anos atrás. Como engenheiro de campo, ele dá suporte a vários clientes e aplicações no setor automotivo. Ele gosta de trabalhar em projetos relacionados a veículos elétricos e iluminação automotiva.